單級非隔離無電解電容雙Zeta逆變器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電器技術領域，涉及一種電能變換裝置，具體是一種既可實現(xiàn)升壓又 可實現(xiàn)降壓的單級非隔離型無電解電容逆變器，適用于單相逆變應用場合中。
【背景技術】
[0002] 能源是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，化石能源的有限性和大量的開采利用導 致能源短缺的問題日益嚴重，同時也造成了環(huán)境問題的日益惡化。新能源和可再生能源由 于其量大、清潔和安全的特點越來越受到重視，而逆變器是新能源和可再生能源發(fā)電技術 中一個關鍵環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)的發(fā)電技術相比，新能源和可再生能源發(fā)電裝置輸出功率存在波 動性和隨機性，如光伏發(fā)電、風力發(fā)電和燃料電池等輸出電壓具有范圍寬，等級低，波動大 的特點。而傳統(tǒng)逆變器大多采用buck型橋式逆變器結構，其要求輸入側直流電壓必須高于 輸出側交流電壓峰值，因此傳統(tǒng)逆變器并不適用于新能源和可再生能源發(fā)電技術的需要。
[0003] 對此，傳統(tǒng)的解決方案有兩種，第一種是在逆變器前加一級DC/DC變換器，提高逆 變器直流側的輸入電壓，但級數(shù)的增加勢必會降低整體的效率。另一種是隔離型方案，即在 逆變器中增加升壓變壓器以提高電壓等級同時實現(xiàn)電氣隔離，但變壓器的加入也將增加系 統(tǒng)成本和體積并影響整體的變換效率。顯然，能夠直接實現(xiàn)可升降壓的單級非隔離型方案 更加符合新能源和可再生能源發(fā)電技術的需要，但是現(xiàn)有的單級非隔離升降壓逆變器中都 會用到大容量的電解電容進行儲能，由于電解電容體積大、壽命短，所以導致逆變器功率密 度低，工作可靠性差，電解電容成為限制逆變器使用壽命的關鍵，研宄無電解電容的逆變器 成為逆變器未來的發(fā)展趨勢。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種根據(jù)直流Zeta變換器 的設計方法進行設計的電路結構簡單，控制容易，整體電路費用低工作效率高，整個電路無 橋臂直通問題，可靠性高，電路無電解電容，工作壽命長的電路參數(shù)設計簡單，用兩個相同 的Zeta變換器通過輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)的單級非隔離無電解電容雙Zeta逆變器。
[0005] 為了達到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0006] 本發(fā)明包括第一Zeta電路和第二Zeta電路；第一Zeta電路中，第一功率開關管 的陽極接電源的正極，陰極接第一電感和第一電容的一端，第一電感的另一端接電源的負 極，第一電容的另一端接第三功率開關管的陽極和輸出濾波電感的一端，第三功率開關管 的陰極接電源的負極，輸出濾波電感的另一端接輸出濾波電容和負載阻抗的一端，輸出濾 波電容和負載阻抗的另一端接第四功率開關管和第二電容的一端，第四功率開關管的另一 端接電源的負極；第二Zeta電路中，第二功率開關管的陽極接電源的正極，陰極接第二電 感和第二電容的一端，第二電感的另一端接電源負極，第二電容的另一端接第四功率開關 管、輸出濾波電容和負載阻抗的一端，第四功率開關管的另一端接電源的負極，輸出濾波電 容和負載阻抗的另一端接輸出濾波電感的一端，輸出濾波電感的另一端接第三功率開關管 和第一電容的一端，第三功率開關管的另一端接電源的負極。
[0007] 在所述第一Zeta電路和第二Zeta電路中共用第三功率開關管、第四功率開關管、 輸出濾波電感、輸出濾波電容和負載阻抗。
[0008] 所述電源UDC為外接電源，外接電源是電壓可波動的電源，它可低于也可高于輸出 交流電壓峰值。
[0009] 所述的第一電容、第二電容和輸出濾波電容都為非電解電容，使得電路工作可靠， 壽命長。
[0010] 所述的第一、第二、第三、第四功率開關管都帶有反并聯(lián)二極管，使變換器可實現(xiàn) 能量雙向流動。
[0011] 本發(fā)明的雙Zeta逆變器采用輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)的組合方式，該逆變器包含兩個 Zeta電路單元，兩個Zeta電路共用輸出濾波電感和濾波電容。工作時該電路的第一功率開 關管和第二功率開關管分別工作于正弦波的正半周期和負半周期。第三功率開關管和第四 功率開關管采用半周期常開（閉）的工作方式，減小了開關損耗。第一電感和第二電感續(xù) 流時分別通過第三功率開關管和第四功率開關管的體二極管，減少了器件數(shù)量，使得電路 結構簡單，控制方便。
[0012] 由于該電路工作時，任意時刻只有一個Zeta電路工作，所以對該逆變器的分析可 簡化為對單個Zeta電路的分析。為簡化分析做如下假設：（1)電路中所有元件都為理想器 件；（2)由于開關頻率遠大于基波頻率，所以在幾個開關周期內可認為電感電流平均值和 電容電壓平均值恒定；（3)變換器工作于穩(wěn)定狀態(tài)。如附圖8所示，當變換器工作于穩(wěn)態(tài)時， 電感電流和電容電壓在一個開關周期的變化量近似為零。令功率開關管S1開通時間與開 關周期的比為占空比d，則該逆變器存在如下關系：
[0013] 在0?dT時，功率開關管S1開通：
【主權項】
1. 單級非隔離無電解電容雙Zeta逆變器，包括第一 Zeta電路和第二Zeta電路，其特 征是：第一 Zeta電路中，第一功率開關管的陽極接電源的正極，陰極接第一電感和第一電 容的一端，第一電感的另一端接電源的負極，第一電容的另一端接第三功率開關管的陽極 和輸出濾波電感的一端，第三功率開關管的陰極接電源的負極，輸出濾波電感的另一端接 輸出濾波電容和負載阻抗的一端，輸出濾波電容和負載阻抗的另一端接第四功率開關管和 第二電容的一端，第四功率開關管的另一端接電源的負極；第二Zeta電路中，第二功率開 關管的陽極接電源的正極，陰極接第二電感和第二電容的一端，第二電感的另一端接電源 負極，第二電容的另一端接第四功率開關管、輸出濾波電容和負載阻抗的一端，第四功率開 關管的另一端接電源的負極，輸出濾波電容和負載阻抗的另一端接輸出濾波電感的一端， 輸出濾波電感的另一端接第三功率開關管和第一電容的一端，第三功率開關管的另一端接 電源的負極。
2. 根據(jù)權利要求1所述的單級非隔離無電解電容雙Zeta逆變器，其特征是：在所述第 一 Zeta電路和第二Zeta電路中共用第三功率開關管、第四功率開關管、輸出濾波電感、輸 出濾波電容和負載阻抗。
3. 根據(jù)權利要求1所述的單級非隔離無電解電容雙Zeta逆變器，其特征是：所述電源 為電壓可波動的外接電源。
4. 根據(jù)權利要求1所述的單級非隔離無電解電容雙Zeta逆變器，其特征是：所述的第 一電容、第二電容和輸出濾波電容都為非電解電容。
5. 根據(jù)權利要求1所述的單級非隔離無電解電容雙Zeta逆變器，其特征是：所述的第 一、第二、第三、第四功率開關管都帶有反并聯(lián)二極管。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單級非隔離無電解電容雙Zeta逆變器，采用可實現(xiàn)升降壓輸出的兩個Zeta型電路通過輸出串聯(lián)組成，能夠實現(xiàn)DC/AC單相逆變。該逆變器的基本功能是：可以實現(xiàn)升降壓逆變，在輸入直流電壓較低或變化范圍較大時，雙Zeta升降壓逆變器仍能正常完成逆變功能；整個電路無橋臂直通問題，可靠性高；電路結構簡單，控制容易，整體電路費用低工作效率高；電路參數(shù)設計簡單，可以根據(jù)直流Zeta電路的設計方法進行設計，電路無電解電容，工作壽命長；電感電流工作在連續(xù)狀態(tài)下，減少了EMI；整個電路只有四個有源器件，都為可雙向工作器件，電路可實現(xiàn)能量的雙向流動。
【IPC分類】H02M7-48
【公開號】CN104578856
【申請?zhí)枴緾N201410808919
【發(fā)明人】王立喬, 張曉靜, 薛金柱
【申請人】燕山大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月23日